白勇智，胡迪军

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007;2.国网湖南省电力公司，湖南长沙410007)

近年来新建变电站数量快速增长，旧变电站依次扩建、扩容，电能表使用数量急剧增长。电能表的抄表工作量也随之增加，传统的人工抄表方式已不能满足现有抄表工作的需要。估抄、漏抄和错抄现象时有发生，不仅直接影响了电力企业的经济效益，也造成了电力客户与电力企业的纠纷事件。电力企业迫切需要能够实现集采集、存储、远传电能表数据于一体的电力设备装置。在湖南电网省网关口电能计量采集系统 (以下简称关口计量系统)的建设过程中，电能量采集装置的研制经历了起步、较大规模建设和电信息采集系统建设几个阶段，经科技人员的研发、测试，实现采集、存储、远传电能表数据的电能量采集装置的现代化。

1 关口计量系统

关口计量系统由主站系统、电能量采集装置、多功能电能表和通信网络组成，电能量采集装置处于关口计量系统位置，如图1。

电能量采集装置在关口计量系统中发挥了重要作用，促进了计量管理、线损管理、大用户管理的营销管理系统的融合，实现了多供少损，提高了电网的科技含量和自动化水平。

其实效性主要体现在:

1)实现了计量、线损管理的流程化、制度化。

2)实现了线损管理科学化。从变电站各级母线到各主变压器，从各站到各线路的线损，都能达到每天一平衡、每天一计算的效果，以协助第1时间发现问题，及时处理问题，真正达到在线分析的及时性，使线损管理有据可依。

3)实现了电能表读数自动化。借助于关口计量系统，电力公司不再需要每月派人到各变电站抄表，电能数据以厂站终端上传电能数据为准，采用同一时间冻结电能表底码数据方式，极大节约了抄表工作耗费的人力物力，确保了抄表工作的准确性、可靠性及时间的一致性。

图1 关口计量系统

2 变电站电能量采集装置

2.1 工作原理

目前，各厂家电能量采集装置外观略有不同，但原理方案图基本一致，工作原理主要包括硬件和软件2部分，具体工作原理如图2，3。

2.1.1 硬件工作原理

图2 硬件工作原理图

各个厂家都采用国际流行的32位嵌入式ARM系列处理器作为电能量采集装置的CPU，具有抗干扰能力强、速度快、宽温度工作范围等优点。电能量采集装置硬件采用模块化设计方案，可以方便地插拔各个模块，方便组装生产、查故障、维修，包括电源模块、CPU模块、RS485模块、ETH以太网模块、RS232模块、液晶显示模块、GPRS/CDMA模块、CS电流环模块、PULSE脉冲模块、电力载波MODEM模块等。

2.1.2 软件工作原理

图3 软件工作原理图

软件方面，各个厂家采用的嵌入式操作系统有所不同，常用的操作系统有:Linux、VvWorks、uClinux、pSOS、Symbian、eCos等等。

电能量采集装置采用高速嵌入式处理器并运行嵌入式操作系统，能够实现本地液晶操作、下行功能、上行功能。本地液晶操作:在安装调试时，可以通过液晶按键操作查看表计通讯的情况、数据采集情况等。下行功能:在RS485通讯方式下，电能量采集装置按照采集方案不停地采集多能电表的数据，并按存储方案定时存储在终端内。上行功能:一方面在RS485通讯、232通讯、网络通讯方式下，电能量采集装置按照设置方案与变电站监测后台通讯，并传输数据;另一方面在网络通讯、电话、GPSR/CDMA、专线等通讯方式下，电能量采集装置按照方案与1个或多个远方关口计量系统传输数据。

2.2 采集装置分类

实际应用中，电能量采集装置结构上大致相同，主要有机架式电能量采集装置和壁挂式电能量采集装置2种。

2.2.1 壁挂式电能量采集装置

壁挂式电能量采集装置即表型电能量采集装置，其特点是安装简单，无需组屏，但其硬件不易扩充。

壁挂式电能量采集装置主要面向35 kV及以上变电站、大中型电厂、中小型电站、高耗能企业的电能量数据采集，适用于各级电网中有电能计量计费要求、接表数量较多、型号多样、远传输通道复杂等场合。

2.2.2 插箱式电能量采集装置

插箱式电能量采集装置有标准5U、标准3U两种，便于安装在计量采集机柜内，适合适用于组屏运行，其采用插箱式结构，电气板件模块化设计，各个插件功能相对独立，各个插件的供电电气隔离，脉冲/遥信电源独立。可以现实板件的自由插拔、自由识别，便于板件扩充。

插箱式电能量采集装置主要面向网调、省调、发电侧等高端市场需求，适合于110 kV及以上变电站、发电厂、钢铁厂、油田等大型企业，接表数量较多、采集要求高、远传通道复杂多样、需要与多个主站通讯等场合。

目前，湖南省一级关口变电站电能量采集装置全部采用插箱式电能量采集装置。国网湖南省电力公司电力科学研究院为了解决贵州省玉屏县大龙变电站至湖南省怀化公坪变电站220 kV大公线跨网(国家电网与南方电网)线路，投运15年以来关口电量一直是人工抄表、实时数据不能远距离传输的问题，2012年8月在贵州省玉屏县大龙变电站220 kV大公线间隔安装了某公司DF6201插箱式电能量采集装置，利用原国家电力公司微波通道(国家电网与南方电网的调度数据网不能互通，若采用公用通信网每年需缴纳费用)，成功实现了跨网 (国网与南网)关口电量实时数据远距离传输。投运一年来，从南网贵州省玉屏县220 kV大龙变电站至国网湖南省电力公司关口电能计量系统主站，关口电量数据远传工作正常，既解决了大公线15年来跨网的关口电量实时数据不能远距离传输的技术难题，又节约了通信成本。

3 数字化智能变电站电能量采集装置

智能电能量采集装置是一种新型、智能装置，其在RS845、光纤通讯方式下，利用2007版645规约、IEC61850通讯规约，可以与数字化电能表、合并单元一体化进行通讯，并按照预定方案进行数据采集、存储，在网络、光纤等方式下与远方智能主站通讯进行数据传输。

智能电能量采集装置主要面向新建智能变电站、数字化变电站、常规变电站智能化改造站、智能电厂、智能水电站以及新能源站等需要满足支持IEC61850标准的电能量数据采集场合。

4 未来发展设想

未来几十年内，在关口计量系统的框架结构中，将保持电能表+变电站采集装置+远方主站的模式。同时其在未来数字化智能变电站的发展中也会继续沿用这一采集模式，不断丰富其功能，更好地服务于电力企业自动化系统建设。

现在规模化应用的变电站电能量采集装置是专有硬件，功能专一、职责清晰，应当与实时生产系统隔离，必须符合安全分区规范，当系统某单一功能出现故障时，不得影响其他设备运行。因此，在电能量采集装置使用过程中应具备2种以上通道，以便于出现故障时，启用备用通道解决问题，避免影响计量计费系统的正常运行。

现有的变电站采集装置在安全性、可靠性、标准支持性以及成熟度上都占有显著优势，将应用于数字化变电站。目前，IEC61850规约族协议仅仅应用于变电站内的协议规范，并没有延伸到变电站外围设备。智能电能量采集装置安装于站内，为各级部门提供服务，其部门范围仍然是电力调度中心和营销管理部，大的趋势不会发生变化。随着时间推移，相关IEC61850协议将更好地应用于数字化变电站，并将得到进一步修改、完善，形成明确规约规范，智能变电站采集装置也将得到更高级的应用，更好服务于未来的电能量采集系统。

5 结束语

电能量采集装置在关口计量系统中发挥着相当重要的作用，它不仅能实现远方电量数据自动采集，而且能够更好地实现计量异常在线监测、电量的实时监测、分析统计，为线损管理分析工作提供科学、可靠的依据，提高用户电费结算的准确性。随着越来越多的新技术、新方法应用于电能量采集装置，电能量采集装置功能将日趋增强，引领计量计费全自动化时代的到来。

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